松软煤层让压护孔排渣组合钻具及其钻进方法

1.本发明涉及煤矿突出煤层瓦斯抽采钻孔施工、软岩钻孔施工技术领域，具体的说，涉及一种松软煤层让压护孔排渣组合钻具及其钻进方法。


背景技术：

2.松软煤层是指煤的硬度系数f《0.8的煤层，它是地质构造的产物，主要是由于断层和层滑等原因所形成，所以也称松软煤层为构造煤层。松软煤层通常都与断层、褶皱、产状变化、煤层厚度变化等有共生关系。松软煤层具有强度低、瓦斯吸解速度快、瓦斯含量相对高的特征，因此它属于煤与瓦斯突出体。
3.当前，井工瓦斯抽采是矿井瓦斯治理的主要技术手段，井工瓦斯抽采以钻孔施工为前提，其中主要包括本煤层瓦斯抽采钻孔、穿层瓦斯抽采钻孔，对于地质条件复杂的松软煤岩，在钻孔施工时，孔壁收缩、破坏严重，加之含瓦斯煤体喷孔现象频发，钻孔内易形成堵塞段，使排渣空间丧失，抱钻、卡钻和断钻现象频繁，致使钻孔深度浅、钻进效率低和孔内事故频发，其结果严重影响了瓦斯抽采进度和煤矿安全生产的正常进行。目前采用的常规钻进技术与装备对松软煤岩施钻时极易发生垮孔、塌孔等突发情况，使钻进无法正常进行。因此，通过钻具结构创新，保护排渣通道、钻孔孔壁不受钻孔变形、破坏的影响，有必要设计一种松软煤层让压护孔排渣组合钻具及其钻进方法，以解决松软煤岩钻进存在的诸多问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种松软煤层让压护孔排渣组合钻具及其钻进方法，本发明形成了让压、护孔协同作用的高效排渣钻进技术体系，有利于提升松软煤层钻进深度和钻进效率。
5.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：松软煤层让压护孔排渣组合钻具，包括自前向后依次组装连接的外排渣揭露钻头、一级导渣钻杆、一级内排渣扩孔钻头、二级导渣钻杆、二级内排渣扩孔钻头和让压护孔钻杆，外排渣揭露钻头的直径＜一级内排渣扩孔钻头的直径＜二级内排渣扩孔钻头的直径，一级导渣钻杆的直径＜二级导渣钻杆的直径＜让压护孔钻杆的直径，一级导渣钻杆的直径＜外排渣揭露钻头的直径，二级导渣钻杆的直径略＜一级内排渣扩孔钻头的直径，让压护孔钻杆的直径＜二级内排渣扩孔钻头的直径，让压护孔钻杆的长度＞二级导渣钻杆的长度＞一级导渣钻杆的长度。
6.让压护孔钻杆包括第一钻杆本体，第一钻杆本体的前端同轴固定设置有第一外螺纹接头，第一钻杆本体的后端部内圆周加工有与第一外螺纹接头相适配的第一内螺纹接头，第一钻杆本体的外表面沿轴向设有至少两条圆周阵列布置的第一长凹槽，第一钻杆本体的外表面沿轴向还设有至少两条圆周阵列布置的第一螺旋刻槽或第一螺旋凸棱，第一螺旋刻槽或第一螺旋凸棱被各条第一长凹槽均匀切割成若干段并在第一钻杆本体的外表面沿轴向形成圆周阵列且螺旋布置的若干个第一弧形叶片。
7.二级内排渣扩孔钻头包括第一钻头基体，第一钻头基体为具有中心通孔的圆筒结构，第一钻头基体的外径大于第一钻杆本体的外径，第一钻头基体内部同轴设置有第一内管，第一内管的外径小于第一钻头基体的内径，第一内管的内径与第一钻杆本体的内径相同，第一内管的后端与第一钻头基体的后端对齐，第一内管的外圆与第一钻头基体的内圆之间一体成型固定连接有若干块圆周阵列设置的第一支撑块，各块第一支撑块将第一内管与第一钻头基体之间的环腔分隔成若干个第一排渣通道，各个第一排渣通道分别与各条第一长凹槽在轴向上投影一一对应重合，第一内管的前端部伸出第一钻头基体前端并加工有第二外螺纹接头，第一内管的后端部内圆周加工有与第一外螺纹接头相适配的第二内螺纹接头，第一钻头基体的前端圆环边上一体成型有若干个第一切削齿柱体，每个第一切削齿柱体上均固定安装有第一合金复合片，第一合金复合片与第一切削齿柱体组合成第一切削齿。
8.二级导渣钻杆包括第二钻杆本体，第二钻杆本体的外径小于第一钻杆本体的外径，第二钻杆本体的内径与第一钻杆本体的内径相同，第二钻杆本体的前端同轴固定设置有第三外螺纹接头，第二钻杆本体的后端部内圆周加工有与第二外螺纹接头相适配的第三内螺纹接头，第二钻杆本体的外表面沿轴向设有至少两条圆周阵列布置的第二长凹槽，第二钻杆本体的外表面沿轴向还设有至少两条圆周阵列布置的第二螺旋刻槽或第二螺旋凸棱，第二螺旋刻槽或第二螺旋凸棱被各条第二长凹槽均匀切割成若干段并在第二钻杆本体的外表面沿轴向形成圆周阵列且螺旋布置的若干个第二弧形叶片。
9.一级内排渣扩孔钻头包括第二钻头基体，第二钻头基体为具有中心通孔的圆筒结构，第二钻头基体的外径大于第二钻杆本体的外径并小于第一钻头基体的外径，第二钻头基体内部同轴设置有第二内管，第二内管的外径小于第二钻头基体的内径，第二内管的内径与第一内管的内径相同，第二内管的后端与第二钻头基体的后端对齐，第二内管的外圆与第二钻头基体的内圆之间一体成型固定连接有若干块圆周阵列设置的第二支撑块，各块第二支撑块将第二内管与第二钻头基体之间的环腔分隔成若干个第二排渣通道，各个第二排渣通道分别与各条第二长凹槽在轴向上投影一一对应重合，第二内管的前端一体成型有伸出第二钻头基体前端的第四外螺纹接头，第二内管的后端部内圆周加工有与第三外螺纹接头相适配的第四内螺纹接头，第二钻头基体的前端圆环边上一体成型有若干个圆周阵列的第二切削齿柱体，每个第二切削齿柱体上均固定安装有第二合金复合片，第二合金复合片与第二切削齿柱体组合成第二切削齿。
10.一级导渣钻杆包括第三钻杆本体，第三钻杆本体的外径小于第二钻杆本体的外径，第三钻杆本体的内径与第二钻杆本体的内径，第三钻杆本体的前端同轴固定设置有第五外螺纹接头，第三钻杆本体的后端部内圆周加工有与第四外螺纹接头相适配的第五内螺纹接头，第三钻杆本体的外表面沿轴向设有第三螺旋刻槽或第三螺旋凸棱。
11.外排渣揭露钻头包括第三钻头基体，第三钻头基体为前细后粗的圆台结构，第三钻头基体的钻进面固定设有四块圆周阵列且呈螺旋布置的翼板，翼板的侧面前端部靠近外侧固定设有金刚石钻头，金刚石钻头上配有两颗以上的金刚石复合片，第三钻头基体的后端一体成型固定设有与第五外螺纹接头相适配的第六内螺纹接头，第三钻头基体上沿轴向开设有至少一个位于四块翼板之间的冷却通道，冷却通道的前端开设在第三钻头基体的前端面上，冷却通道的后端开设在第三钻头基体的后端面上与第六内螺纹接头的内腔连通。
12.第一外螺纹接头、第二外螺纹接头、第三外螺纹接头、第四外螺纹接头和第五外螺纹接头的结构相同，第一外螺纹接头、第一内螺纹接头、第二外螺纹接头、第二内螺纹接头、第三外螺纹接头、第三内螺纹接头、第四外螺纹接头、第四内螺纹接头、第五外螺纹接头、第五内螺纹接头和第六内螺纹接头均设计为锥形丝扣或平扣；第一长凹槽和第二长凹槽的截面形状均为圆形、椭圆形、方形或多边形。
13.松软煤层让压护孔排渣组合钻具的钻进方法，具体包括以下步骤：（一）、测定施工地点煤岩坚固系数f；（二）、根据施工地点煤岩坚固系数f确定该松软煤层让压护孔排渣组合钻具的钻进方法：包括以下两种工作模式：（1）、当施工地点煤岩坚固系数f＜0.3时，将外排渣揭露钻头的后端通过第六内螺纹接头和第五外螺纹接头螺纹配合固定安装在一级导渣钻杆的前端，再将一级导渣钻杆的后端通过第五内螺纹接头和第四外螺纹接头螺纹配合固定安装在一级内排渣扩孔钻头的前端，然后，将一级内排渣扩孔钻头的后端通过第四内螺纹接头和第三外螺纹接头螺纹配合固定安装在二级导渣钻杆的前端，再将二级导渣钻杆的后端通过第三内螺纹接头和第二外螺纹接头螺纹配合固定安装在二级内排渣扩孔钻头的前端，接着将二级内排渣扩孔钻头的后端通过第二内螺纹接头和第一外螺纹接头螺纹配合固定安装在让压护孔钻杆的前端，进而完成组装该松软煤层让压护孔排渣组合钻具，然后，将让压护孔钻杆固定安装在钻机上，钻进施工时，外排渣揭露钻头依靠钻机推进力通过各个金刚石钻头切削煤岩，外排渣揭露钻头钻进产生的钻屑进入一级导渣钻杆与钻孔孔壁之间间隙并通过一级导渣钻杆上的第三螺旋刻槽或第三螺旋凸棱向外输送，随后，一级内排渣扩孔钻头通过各个第二切削齿切削煤岩，一级内排渣扩孔钻头钻进产生的钻屑与外排渣揭露钻头钻进产生的钻屑一起通过各个第二排渣通道和各个第二长凹槽进入二级导渣钻杆与钻孔孔壁之间间隙，继续钻进，一级内排渣扩孔钻头钻进产生的钻屑与外排渣揭露钻头钻进产生的钻屑在二级导渣钻杆上的第二螺旋刻槽或第二螺旋凸棱作用下沿着各个第二长凹槽向外输送，最后，二级内排渣扩孔钻头通过各个第一切削齿切削煤岩，外排渣揭露钻头、一级内排渣扩孔钻头和二级内排渣扩孔钻头钻进产生的全部钻屑都通过各个第一排渣通道和各个第一长凹槽进入让压护孔钻杆与钻孔孔壁之间间隙，继续钻进，以上全部钻屑在让压护孔钻杆上的第一螺旋刻槽或第一螺旋凸棱作用下沿着各个第一长凹槽向外输送直至运出钻孔外；（2）、当施工地点煤岩坚固系数0.3＜f＜0.8时，省去二级导渣钻杆和一级内排渣扩孔钻头，直接将外排渣揭露钻头的后端通过第六内螺纹接头和第五外螺纹接头螺纹配合固定安装在一级导渣钻杆的前端，再将一级导渣钻杆的后端通过第五内螺纹接头和第二外螺纹接头螺纹配合固定安装在二级内排渣扩孔钻头的前端，之后，将二级内排渣扩孔钻头的后端通过第二内螺纹接头和第一外螺纹接头螺纹配合固定安装在让压护孔钻杆的前端，进而完成组装新的松软煤层让压护孔排渣组合钻具，然后，将让压护孔钻杆固定安装在钻机上，钻进施工时，外排渣揭露钻头依靠钻机推进力通过各个金刚石钻头切削煤岩，外排渣揭露钻头钻进产生的钻屑进入一级导渣钻杆与钻孔孔壁之间间隙并通过一级导渣钻杆上的第三螺旋刻槽或第三螺旋凸棱向外输送，继续钻进，最后，二级内排渣扩孔钻头通过各个第一切削齿切削煤岩，外排渣揭露钻头和二级内排渣扩孔钻头钻进产生的全部钻屑都通过各个第一排渣通道和各个第一长凹槽进入让压护孔钻杆与钻孔孔壁之间间隙，继续钻进，
以上全部钻屑在让压护孔钻杆上的第一螺旋刻槽或第一螺旋凸棱作用下沿着各个第一长凹槽向外输送直至运出钻孔外。
14.本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体地说，本发明主要用于排渣难、易喷孔、易塌孔、破碎松软煤岩钻进，钻进时，根据施工地点煤岩坚固系数f的具体情况，进行松软煤层让压护孔排渣组合钻具的组合安装，其中，让压护孔钻杆的第一钻杆本体上沿轴向设有至少两条圆周阵列布置的第一长凹槽，使让压护孔钻杆具备让压功能，能有效降低钻孔收缩对让压护孔钻杆形成的钻进阻力，同理，二级导渣钻杆的第二钻杆本体上沿轴向设有至少两条圆周阵列布置的第二长凹槽，使二级导渣钻杆具备让压功能，能有效降低钻孔收缩对二级导渣钻杆形成的钻进阻力，进而有效降低因钻孔收缩对该松软煤层让压护孔排渣组合钻具形成的钻进阻力，防止发生抱钻、卡钻和断钻；同时，第一钻杆本体的外表面沿轴向还设有至少两条圆周阵列布置的第一螺旋刻槽或第一螺旋凸棱，第一螺旋刻槽或第一螺旋凸棱被各条第一长凹槽均匀切割成若干段并在第一钻杆本体的外表面沿轴向形成圆周阵列且螺旋布置的若干个第一弧形叶片，第一弧形叶片能够形成护孔排渣空间，使让压、护孔协同作用，降低了钻屑堆积堵塞的概率，同理，第二钻杆本体上的第二弧形叶片具有与第一弧形叶片相同的功能，不再赘述，而且，第一螺旋刻槽或第一螺旋凸棱的设计起到辅助钻屑排出的作用，高效排渣，同理，第二钻杆本体上的第二螺旋刻槽或第二螺旋凸棱也起到了辅助钻屑排出的作用，使该松软煤层让压护孔排渣组合钻具排渣容易，有利于提升松软煤层钻进深度和钻进效率。
15.综上，本发明形成了让压、护孔协同作用的高效排渣钻进技术体系，有利于提升松软煤层钻进深度和钻进效率。
附图说明
16.图1是本发明在施工地点煤岩坚固系数f＜0.3时进行钻进的结构示意图。
17.图2是本发明在施工地点煤岩坚固系数0.3＜f＜0.8时进行钻进的结构示意图。
18.图3是本发明的让压护孔钻杆的结构示意图。
19.图4是图3中a-a向剖视图。
20.图5是本发明的二级内排渣扩孔钻头的结构示意图。
21.图6是图5中b-b向剖视图。
22.图7是图5的左视图。
23.图8是本发明的二级导渣钻杆的结构示意图。
24.图9是本发明的一级内排渣扩孔钻头的结构示意图。
25.图10是图9中c-c向剖视图。
26.图11是图9的左视图。
27.图12是本发明的一级导渣钻杆得结构示意图。
28.图13是图12中d-d向剖视图。
29.图14是本发明的外排渣揭露钻头的结构示意图。
30.图15是图14的左视图。
具体实施方式
31.以下结合附图进一步说明本发明的实施例。
32.如图1-15所示，松软煤层让压护孔排渣组合钻具，包括自前向后依次组装连接的外排渣揭露钻头1、一级导渣钻杆2、一级内排渣扩孔钻头3、二级导渣钻杆4、二级内排渣扩孔钻头5和让压护孔钻杆6，外排渣揭露钻头1的直径＜一级内排渣扩孔钻头3的直径＜二级内排渣扩孔钻头5的直径，一级导渣钻杆2的直径＜二级导渣钻杆4的直径＜让压护孔钻杆6的直径，一级导渣钻杆2的直径＜外排渣揭露钻头1的直径，二级导渣钻杆4的直径略＜一级内排渣扩孔钻头3的直径，让压护孔钻杆6的直径＜二级内排渣扩孔钻头5的直径，让压护孔钻杆6的长度＞二级导渣钻杆4的长度＞一级导渣钻杆2的长度。
33.让压护孔钻杆6包括第一钻杆本体7，第一钻杆本体7的前端同轴固定设置有第一外螺纹接头8，第一钻杆本体7的后端部内圆周加工有与第一外螺纹接头8相适配的第一内螺纹接头23，第一钻杆本体7的外表面沿轴向设有至少两条圆周阵列布置的第一长凹槽9，第一钻杆本体7的外表面沿轴向还设有至少两条圆周阵列布置的第一螺旋刻槽或第一螺旋凸棱10，第一螺旋刻槽或第一螺旋凸棱10被各条第一长凹槽9均匀切割成若干段并在第一钻杆本体7的外表面沿轴向形成圆周阵列且螺旋布置的若干个第一弧形叶片11。第一内螺纹接头23的设置一是用于与钻机连接，二是根据钻进深度，增加让压护孔钻杆6的数量，使多根让压护孔钻杆6通过第一内螺纹接头23和第一外螺纹接头8螺纹配合前后组装固定连接在一起。
34.二级内排渣扩孔钻头5包括第一钻头基体12，第一钻头基体12为具有中心通孔的圆筒结构，第一钻头基体12的外径大于第一钻杆本体7的外径，第一钻头基体12内部同轴设置有第一内管13，第一内管13的外径小于第一钻头基体12的内径，第一内管13的内径与第一钻杆本体7的内径相同，第一内管13的后端与第一钻头基体12的后端对齐，第一内管13的外圆与第一钻头基体12的内圆之间一体成型固定连接有若干块圆周阵列设置的第一支撑块14，各块第一支撑块14将第一内管13与第一钻头基体12之间的环腔分隔成若干个第一排渣通道15，各个第一排渣通道15分别与各条第一长凹槽9在轴向上投影一一对应重合，第一内管13的前端部伸出第一钻头基体12前端并加工有第二外螺纹接头16，第一内管13的后端部内圆周加工有与第一外螺纹接头8相适配的第二内螺纹接头17，第一钻头基体12的前端圆环边上一体成型有若干个第一切削齿柱体18，每个第一切削齿柱体18上均固定安装有第一合金复合片41，第一合金复合片与第一切削齿柱体18组合成第一切削齿42。
35.二级导渣钻杆4包括第二钻杆本体19，第二钻杆本体19的外径小于第一钻杆本体7的外径，第二钻杆本体19的内径与第一钻杆本体7的内径相同，第二钻杆本体19的前端同轴固定设置有第三外螺纹接头20，第二钻杆本体19的后端部内圆周加工有与第二外螺纹接头16相适配的第三内螺纹接头，第二钻杆本体19的外表面沿轴向设有至少两条圆周阵列布置的第二长凹槽21，第二钻杆本体19的外表面沿轴向还设有至少两条圆周阵列布置的第二螺旋刻槽或第二螺旋凸棱22，第二螺旋刻槽或第二螺旋凸棱22被各条第二长凹槽21均匀切割成若干段并在第二钻杆本体19的外表面沿轴向形成圆周阵列且螺旋布置的若干个第二弧形叶片。
36.一级内排渣扩孔钻头3包括第二钻头基体24，第二钻头基体24为具有中心通孔的圆筒结构，第二钻头基体24的外径大于第二钻杆本体19的外径并小于第一钻头基体12的外
径，第二钻头基体24内部同轴设置有第二内管25，第二内管25的外径小于第二钻头基体24的内径，第二内管25的内径与第一内管13的内径相同，第二内管25的后端与第二钻头基体24的后端对齐，第二内管25的外圆与第二钻头基体24的内圆之间一体成型固定连接有若干块圆周阵列设置的第二支撑块26，各块第二支撑块26将第二内管25与第二钻头基体24之间的环腔分隔成若干个第二排渣通道27，各个第二排渣通道27分别与各条第二长凹槽21在轴向上投影一一对应重合，第二内管25的前端一体成型有伸出第二钻头基体24前端的第四外螺纹接头28，第二内管25的后端部内圆周加工有与第三外螺纹接头20相适配的第四内螺纹接头29，第二钻头基体24的前端圆环边上一体成型有若干个圆周阵列的第二切削齿柱体30，每个第二切削齿柱体30上均固定安装有第二合金复合片31，第二合金复合片31与第二切削齿柱体30组合成第二切削齿43。
37.一级导渣钻杆2包括第三钻杆本体32，第三钻杆本体32的外径小于第二钻杆本体19的外径，第三钻杆本体32的内径与第二钻杆本体19的内径，第三钻杆本体32的前端同轴固定设置有第五外螺纹接头33，第三钻杆本体32的后端部内圆周加工有与第四外螺纹接头28相适配的第五内螺纹接头34，第三钻杆本体32的外表面沿轴向设有第三螺旋刻槽或第三螺旋凸棱35。
38.外排渣揭露钻头1包括第三钻头基体36，第三钻头基体36为前细后粗的圆台结构，第三钻头基体36的钻进面固定设有四块圆周阵列且呈螺旋布置的翼板37，翼板37的侧面前端部靠近外侧固定设有金刚石钻头，金刚石钻头上配有两颗以上的金刚石复合片38，第三钻头基体36的后端一体成型固定设有与第五外螺纹接头33相适配的第六内螺纹接头39，第三钻头基体36上沿轴向开设有至少一个位于四块翼板37之间的冷却通道40，冷却通道40的前端开设在第三钻头基体36的前端面上，冷却通道40的后端开设在第三钻头基体36的后端面上与第六内螺纹接头39的内腔连通。冷却通道40用于冷却液输出，钻进常规技术。
39.第一外螺纹接头8、第二外螺纹接头16、第三外螺纹接头20、第四外螺纹接头28和第五外螺纹接头33的结构相同，第一外螺纹接头8、第一内螺纹接头23、第二外螺纹接头16、第二内螺纹接头17、第三外螺纹接头20、第三内螺纹接头、第四外螺纹接头28、第四内螺纹接头29、第五外螺纹接头33、第五内螺纹接头34和第六内螺纹接头39均设计为锥形丝扣或平扣；第一长凹槽9和第二长凹槽21的截面形状均为圆形、椭圆形、方形或多边形。
40.松软煤层让压护孔排渣组合钻具的钻进方法，具体包括以下步骤：（一）、测定施工地点煤岩坚固系数f；（二）、根据施工地点煤岩坚固系数f确定该松软煤层让压护孔排渣组合钻具的钻进方法：包括以下两种工作模式：（1）、当施工地点煤岩坚固系数f＜0.3时，将外排渣揭露钻头1的后端通过第六内螺纹接头39和第五外螺纹接头33螺纹配合固定安装在一级导渣钻杆2的前端，再将一级导渣钻杆2的后端通过第五内螺纹接头34和第四外螺纹接头28螺纹配合固定安装在一级内排渣扩孔钻头3的前端，然后，将一级内排渣扩孔钻头3的后端通过第四内螺纹接头29和第三外螺纹接头20螺纹配合固定安装在二级导渣钻杆4的前端，再将二级导渣钻杆4的后端通过第三内螺纹接头和第二外螺纹接头16螺纹配合固定安装在二级内排渣扩孔钻头5的前端，接着将二级内排渣扩孔钻头5的后端通过第二内螺纹接头17和第一外螺纹接头8螺纹配合
固定安装在让压护孔钻杆6的前端，进而完成组装该松软煤层让压护孔排渣组合钻具，然后，将让压护孔钻杆6固定安装在钻机上，钻进施工时，外排渣揭露钻头1依靠钻机推进力通过各个金刚石钻头切削煤岩，外排渣揭露钻头1钻进产生的钻屑进入一级导渣钻杆2与钻孔孔壁之间间隙并通过一级导渣钻杆2上的第三螺旋刻槽或第三螺旋凸棱35向外输送，随后，一级内排渣扩孔钻头3通过各个第二切削齿43切削煤岩，一级内排渣扩孔钻头3钻进产生的钻屑与外排渣揭露钻头1钻进产生的钻屑一起通过各个第二排渣通道27和各个第二长凹槽21进入二级导渣钻杆4与钻孔孔壁之间间隙，继续钻进，一级内排渣扩孔钻头3钻进产生的钻屑与外排渣揭露钻头1钻进产生的钻屑在二级导渣钻杆4上的第二螺旋刻槽或第二螺旋凸棱22作用下沿着各个第二长凹槽21向外输送，最后，二级内排渣扩孔钻头5通过各个第一切削齿42切削煤岩，外排渣揭露钻头1、一级内排渣扩孔钻头3和二级内排渣扩孔钻头5钻进产生的全部钻屑都通过各个第一排渣通道15和各个第一长凹槽9进入让压护孔钻杆6与钻孔孔壁之间间隙，继续钻进，以上全部钻屑在让压护孔钻杆6上的第一螺旋刻槽或第一螺旋凸棱10作用下沿着各个第一长凹槽9向外输送直至运出钻孔外；（2）、当施工地点煤岩坚固系数0.3＜f＜0.8时，省去二级导渣钻杆4和一级内排渣扩孔钻头3，直接将外排渣揭露钻头1的后端通过第六内螺纹接头39和第五外螺纹接头33螺纹配合固定安装在一级导渣钻杆2的前端，再将一级导渣钻杆2的后端通过第五内螺纹接头34和第二外螺纹接头16螺纹配合固定安装在二级内排渣扩孔钻头5的前端，之后，将二级内排渣扩孔钻头5的后端通过第二内螺纹接头17和第一外螺纹接头8螺纹配合固定安装在让压护孔钻杆6的前端，进而完成组装新的松软煤层让压护孔排渣组合钻具，然后，将让压护孔钻杆6固定安装在钻机上，钻进施工时，外排渣揭露钻头1依靠钻机推进力通过各个金刚石钻头切削煤岩，外排渣揭露钻头1钻进产生的钻屑进入一级导渣钻杆2与钻孔孔壁之间间隙并通过一级导渣钻杆2上的第三螺旋刻槽或第三螺旋凸棱35向外输送，继续钻进，最后，二级内排渣扩孔钻头5通过各个第一切削齿42切削煤岩，外排渣揭露钻头1和二级内排渣扩孔钻头5钻进产生的全部钻屑都通过各个第一排渣通道15和各个第一长凹槽9进入让压护孔钻杆6与钻孔孔壁之间间隙，继续钻进，以上全部钻屑在让压护孔钻杆6上的第一螺旋刻槽或第一螺旋凸棱10作用下沿着各个第一长凹槽9向外输送直至运出钻孔外。
41.本发明主要用于排渣难、易喷孔、易塌孔、破碎松软煤岩钻进，钻进时，根据施工地点煤岩坚固系数f的具体情况，进行松软煤层让压护孔排渣组合钻具的组合安装，其中，让压护孔钻杆的第一钻杆本体上沿轴向设有至少两条圆周阵列布置的第一长凹槽，使让压护孔钻杆具备让压功能，能有效降低钻孔收缩对让压护孔钻杆形成的钻进阻力，同理，二级导渣钻杆的第二钻杆本体19上沿轴向设有至少两条圆周阵列布置的第二长凹槽21，使二级导渣钻杆具备让压功能，能有效降低钻孔收缩对二级导渣钻杆形成的钻进阻力，进而有效降低因钻孔收缩对该松软煤层让压护孔排渣组合钻具形成的钻进阻力，防止发生抱钻、卡钻和断钻；同时，第一钻杆本体的外表面沿轴向还设有至少两条圆周阵列布置的第一螺旋刻槽或第一螺旋凸棱，第一螺旋刻槽或第一螺旋凸棱被各条第一长凹槽均匀切割成若干段并在第一钻杆本体的外表面沿轴向形成圆周阵列且螺旋布置的若干个第一弧形叶片11，第一弧形叶片11能够形成护孔排渣空间，使让压、护孔协同作用，降低了钻屑堆积堵塞的概率，同理，第二钻杆本体19上的第二弧形叶片具有与第一弧形叶片11相同的功能，不再赘述，而且，第一螺旋刻槽或第一螺旋凸棱的设计起到辅助钻屑排出的作用，高效排渣，同理，第二
钻杆本体19上的第二螺旋刻槽或第二螺旋凸棱22也起到了辅助钻屑排出的作用，使该松软煤层让压护孔排渣组合钻具排渣容易，有利于提升松软煤层钻进深度和钻进效率。
42.以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.松软煤层让压护孔排渣组合钻具，其特征在于：包括自前向后依次组装连接的外排渣揭露钻头、一级导渣钻杆、一级内排渣扩孔钻头、二级导渣钻杆、二级内排渣扩孔钻头和让压护孔钻杆，外排渣揭露钻头的直径＜一级内排渣扩孔钻头的直径＜二级内排渣扩孔钻头的直径，一级导渣钻杆的直径＜二级导渣钻杆的直径＜让压护孔钻杆的直径，一级导渣钻杆的直径＜外排渣揭露钻头的直径，二级导渣钻杆的直径略＜一级内排渣扩孔钻头的直径，让压护孔钻杆的直径＜二级内排渣扩孔钻头的直径，让压护孔钻杆的长度＞二级导渣钻杆的长度＞一级导渣钻杆的长度。2.根据权利要求1所述的松软煤层让压护孔排渣组合钻具，其特征在于：让压护孔钻杆包括第一钻杆本体，第一钻杆本体的前端同轴固定设置有第一外螺纹接头，第一钻杆本体的后端部内圆周加工有与第一外螺纹接头相适配的第一内螺纹接头，第一钻杆本体的外表面沿轴向设有至少两条圆周阵列布置的第一长凹槽，第一钻杆本体的外表面沿轴向还设有至少两条圆周阵列布置的第一螺旋刻槽或第一螺旋凸棱，第一螺旋刻槽或第一螺旋凸棱被各条第一长凹槽均匀切割成若干段并在第一钻杆本体的外表面沿轴向形成圆周阵列且螺旋布置的若干个第一弧形叶片。3.根据权利要求2所述的松软煤层让压护孔排渣组合钻具，其特征在于：二级内排渣扩孔钻头包括第一钻头基体，第一钻头基体为具有中心通孔的圆筒结构，第一钻头基体的外径大于第一钻杆本体的外径，第一钻头基体内部同轴设置有第一内管，第一内管的外径小于第一钻头基体的内径，第一内管的内径与第一钻杆本体的内径相同，第一内管的后端与第一钻头基体的后端对齐，第一内管的外圆与第一钻头基体的内圆之间一体成型固定连接有若干块圆周阵列设置的第一支撑块，各块第一支撑块将第一内管与第一钻头基体之间的环腔分隔成若干个第一排渣通道，各个第一排渣通道分别与各条第一长凹槽在轴向上投影一一对应重合，第一内管的前端部伸出第一钻头基体前端并加工有第二外螺纹接头，第一内管的后端部内圆周加工有与第一外螺纹接头相适配的第二内螺纹接头，第一钻头基体的前端圆环边上一体成型有若干个第一切削齿柱体，每个第一切削齿柱体上均固定安装有第一合金复合片，第一合金复合片与第一切削齿柱体组合成第一切削齿。4.根据权利要求3所述的松软煤层让压护孔排渣组合钻具，其特征在于：二级导渣钻杆包括第二钻杆本体，第二钻杆本体的外径小于第一钻杆本体的外径，第二钻杆本体的内径与第一钻杆本体的内径相同，第二钻杆本体的前端同轴固定设置有第三外螺纹接头，第二钻杆本体的后端部内圆周加工有与第二外螺纹接头相适配的第三内螺纹接头，第二钻杆本体的外表面沿轴向设有至少两条圆周阵列布置的第二长凹槽，第二钻杆本体的外表面沿轴向还设有至少两条圆周阵列布置的第二螺旋刻槽或第二螺旋凸棱，第二螺旋刻槽或第二螺旋凸棱被各条第二长凹槽均匀切割成若干段并在第二钻杆本体的外表面沿轴向形成圆周阵列且螺旋布置的若干个第二弧形叶片。5.根据权利要求4所述的松软煤层让压护孔排渣组合钻具，其特征在于：一级内排渣扩孔钻头包括第二钻头基体，第二钻头基体为具有中心通孔的圆筒结构，第二钻头基体的外径大于第二钻杆本体的外径并小于第一钻头基体的外径，第二钻头基体内部同轴设置有第二内管，第二内管的外径小于第二钻头基体的内径，第二内管的内径与第一内管的内径相同，第二内管的后端与第二钻头基体的后端对齐，第二内管的外圆与第二钻头基体的内圆之间一体成型固定连接有若干块圆周阵列设置的第二支撑块，各块第二支撑块将第二内管
与第二钻头基体之间的环腔分隔成若干个第二排渣通道，各个第二排渣通道分别与各条第二长凹槽在轴向上投影一一对应重合，第二内管的前端一体成型有伸出第二钻头基体前端的第四外螺纹接头，第二内管的后端部内圆周加工有与第三外螺纹接头相适配的第四内螺纹接头，第二钻头基体的前端圆环边上一体成型有若干个圆周阵列的第二切削齿柱体，每个第二切削齿柱体上均固定安装有第二合金复合片，第二合金复合片与第二切削齿柱体组合成第二切削齿。6.根据权利要求5所述的松软煤层让压护孔排渣组合钻具，其特征在于：一级导渣钻杆包括第三钻杆本体，第三钻杆本体的外径小于第二钻杆本体的外径，第三钻杆本体的内径与第二钻杆本体的内径，第三钻杆本体的前端同轴固定设置有第五外螺纹接头，第三钻杆本体的后端部内圆周加工有与第四外螺纹接头相适配的第五内螺纹接头，第三钻杆本体的外表面沿轴向设有第三螺旋刻槽或第三螺旋凸棱。7.根据权利要求6所述的松软煤层让压护孔排渣组合钻具，其特征在于：外排渣揭露钻头包括第三钻头基体，第三钻头基体为前细后粗的圆台结构，第三钻头基体的钻进面固定设有四块圆周阵列且呈螺旋布置的翼板，翼板的侧面前端部靠近外侧固定设有金刚石钻头，金刚石钻头上配有两颗以上的金刚石复合片，第三钻头基体的后端一体成型固定设有与第五外螺纹接头相适配的第六内螺纹接头，第三钻头基体上沿轴向开设有至少一个位于四块翼板之间的冷却通道，冷却通道的前端开设在第三钻头基体的前端面上，冷却通道的后端开设在第三钻头基体的后端面上与第六内螺纹接头的内腔连通。8.根据权利要求7所述的松软煤层让压护孔排渣组合钻具，其特征在于：第一外螺纹接头、第二外螺纹接头、第三外螺纹接头、第四外螺纹接头和第五外螺纹接头的结构相同，第一外螺纹接头、第一内螺纹接头、第二外螺纹接头、第二内螺纹接头、第三外螺纹接头、第三内螺纹接头、第四外螺纹接头、第四内螺纹接头、第五外螺纹接头、第五内螺纹接头和第六内螺纹接头均设计为锥形丝扣或平扣；第一长凹槽和第二长凹槽的截面形状均为圆形、椭圆形、方形或多边形。9.如权利要求8所述的松软煤层让压护孔排渣组合钻具的钻进方法，其特征在于：具体包括以下步骤：（一）、测定施工地点煤岩坚固系数f；（二）、根据施工地点煤岩坚固系数f确定该松软煤层让压护孔排渣组合钻具的钻进方法：包括以下两种工作模式：（1）、当施工地点煤岩坚固系数f＜0.3时，将外排渣揭露钻头的后端通过第六内螺纹接头和第五外螺纹接头螺纹配合固定安装在一级导渣钻杆的前端，再将一级导渣钻杆的后端通过第五内螺纹接头和第四外螺纹接头螺纹配合固定安装在一级内排渣扩孔钻头的前端，然后，将一级内排渣扩孔钻头的后端通过第四内螺纹接头和第三外螺纹接头螺纹配合固定安装在二级导渣钻杆的前端，再将二级导渣钻杆的后端通过第三内螺纹接头和第二外螺纹接头螺纹配合固定安装在二级内排渣扩孔钻头的前端，接着将二级内排渣扩孔钻头的后端通过第二内螺纹接头和第一外螺纹接头螺纹配合固定安装在让压护孔钻杆的前端，进而完成组装该松软煤层让压护孔排渣组合钻具，然后，将让压护孔钻杆固定安装在钻机上，钻进施工时，外排渣揭露钻头依靠钻机推进力通过各个金刚石钻头切削煤岩，外排渣揭露钻头钻进产生的钻屑进入一级导渣钻杆与钻孔孔壁之间间隙并通过一级导渣钻杆上的第三螺
旋刻槽或第三螺旋凸棱向外输送，随后，一级内排渣扩孔钻头通过各个第二切削齿切削煤岩，一级内排渣扩孔钻头钻进产生的钻屑与外排渣揭露钻头钻进产生的钻屑一起通过各个第二排渣通道和各个第二长凹槽进入二级导渣钻杆与钻孔孔壁之间间隙，继续钻进，一级内排渣扩孔钻头钻进产生的钻屑与外排渣揭露钻头钻进产生的钻屑在二级导渣钻杆上的第二螺旋刻槽或第二螺旋凸棱作用下沿着各个第二长凹槽向外输送，最后，二级内排渣扩孔钻头通过各个第一切削齿切削煤岩，外排渣揭露钻头、一级内排渣扩孔钻头和二级内排渣扩孔钻头钻进产生的全部钻屑都通过各个第一排渣通道和各个第一长凹槽进入让压护孔钻杆与钻孔孔壁之间间隙，继续钻进，以上全部钻屑在让压护孔钻杆上的第一螺旋刻槽或第一螺旋凸棱作用下沿着各个第一长凹槽向外输送直至运出钻孔外；（2）、当施工地点煤岩坚固系数0.3＜f＜0.8时，省去二级导渣钻杆和一级内排渣扩孔钻头，直接将外排渣揭露钻头的后端通过第六内螺纹接头和第五外螺纹接头螺纹配合固定安装在一级导渣钻杆的前端，再将一级导渣钻杆的后端通过第五内螺纹接头和第二外螺纹接头螺纹配合固定安装在二级内排渣扩孔钻头的前端，之后，将二级内排渣扩孔钻头的后端通过第二内螺纹接头和第一外螺纹接头螺纹配合固定安装在让压护孔钻杆的前端，进而完成组装新的松软煤层让压护孔排渣组合钻具，然后，将让压护孔钻杆固定安装在钻机上，钻进施工时，外排渣揭露钻头依靠钻机推进力通过各个金刚石钻头切削煤岩，外排渣揭露钻头钻进产生的钻屑进入一级导渣钻杆与钻孔孔壁之间间隙并通过一级导渣钻杆上的第三螺旋刻槽或第三螺旋凸棱向外输送，继续钻进，最后，二级内排渣扩孔钻头通过各个第一切削齿切削煤岩，外排渣揭露钻头和二级内排渣扩孔钻头钻进产生的全部钻屑都通过各个第一排渣通道和各个第一长凹槽进入让压护孔钻杆与钻孔孔壁之间间隙，继续钻进，以上全部钻屑在让压护孔钻杆上的第一螺旋刻槽或第一螺旋凸棱作用下沿着各个第一长凹槽向外输送直至运出钻孔外。

技术总结
松软煤层让压护孔排渣组合钻具，包括自前向后依次组装连接的外排渣揭露钻头、一级导渣钻杆、一级内排渣扩孔钻头、二级导渣钻杆、二级内排渣扩孔钻头和让压护孔钻杆，外排渣揭露钻头的直径＜一级内排渣扩孔钻头的直径＜二级内排渣扩孔钻头的直径，一级导渣钻杆的直径＜二级导渣钻杆的直径＜让压护孔钻杆的直径，一级导渣钻杆的直径＜外排渣揭露钻头的直径，二级导渣钻杆的直径略＜一级内排渣扩孔钻头的直径，让压护孔钻杆的直径＜二级内排渣扩孔钻头的直径，让压护孔钻杆的长度＞二级导渣钻杆的长度＞一级导渣钻杆的长度。本发明形成了让压、护孔协同作用的高效排渣钻进技术体系，有利于提升松软煤层钻进深度和钻进效率。利于提升松软煤层钻进深度和钻进效率。利于提升松软煤层钻进深度和钻进效率。


技术研发人员：王永龙 赵澳琪 余在江 麻登辉 韦纯福 杜康 郭佳宽
受保护的技术使用者：河南理工大学
技术研发日：2023.07.05
技术公布日：2023/9/20